芯片上的原子波导的制作与物理特性研究

Guided atomic gyroscope is a promising candidate as a core device for the next generation of inertial navigation systems. A smooth and low-noise single mode atomic waveguide is the key to the realization of guided atom gyroscopes. In this project, we plan to design and fabricate single mode atomic waveguides on chips and investigate their characteristics by using ultracold atoms and Bose-Einstein condensates. We will prepare a carbon nanotube-copper composite and use this kind of high-performance electrical conductor to build atomic waveguides on chips. We will also try to fabricate atomic waveguides on chips with permanent magnetic films. By loading ultracold atoms and Bose-Einstein condensates into atomic waveguides, we will measure their radial trap frequencies and potential corrugations and the lifetime of atoms in them. Then we will attempt to implement atom interference experiments in atomic waveguides. We aim to obtain a waveguide can be used in atomic interferometry and establish foundation to realize guided atom gyroscope.

波导型原子陀螺仪有望成为下一代惯性导航系统的核心器件。光滑且低噪声的单模原子波导是实现波导型陀螺仪的关键。本项目中我们将设计和制作芯片上的单模原子波导，并利用超冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体研究其特性。我们将制备碳纳米管-铜复合材料，并用这种高性能导体在芯片上构建原子波导。同时我们还将试验用永磁薄膜材料在芯片上集成原子波导。通过将超冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体装载到原子波导里，测量其径向阱频率、势场纹波和原子在其中的寿命，然后尝试在波导里进行原子干涉实验。我们的目标是获得可用于原子干涉仪的波导，为实现波导型陀螺仪奠定基础。

波导型原子陀螺仪有望成为下一代惯性导航系统的核心器件。光滑且低噪声的单模原子波导是实现波导型陀螺仪的关键。本项目主要研究碳纳米管-铜复合材料的制备方法以及芯片上原子波导的制作方法，然后通过超冷原子对波导特性进行测试。我们开展了碳纳米管-铜复合材料制备方法的研究，获得的样品的载流容量高于2*10^7A/cm^2，并加工了用碳纳米管-铜复合材料制作的微导线的芯片。建立了一套双磁光阱原子芯片系统，超高真空科学腔部分俘获的87Rb原子数目达3*10^8，原子寿命超过40秒，满足制备玻色-爱因斯坦凝聚体的条件。基本掌握了研制基于碳纳米管-铜复合材料的原子波导所需的各项技术，为下一步深入研究单模原子波导特性奠定了基础。此外，我们还研究了基于二能级原子产生的光场的双光子干涉，提出了在微重力环境下研究超冷铷钾混合物量子三体Efimov物理的方案。前者可以为双原子干涉等关联型原子干涉仪提供参考，后者涉及超冷原子样品制备和非均匀外势的消除等技术，可以应用到高精度原子干涉仪中。